Il plutonio è un metallo radioattivo e argentato che può essere usato per creare o distruggere. Mentre era usato per la distruzione subito dopo la sua creazione, oggi l’elemento è usato soprattutto per creare energia in tutto il mondo.
Il plutonio fu prodotto e isolato per la prima volta nel 1940 e fu usato per fare la bomba atomica “Fat Man” che fu lanciata su Nagasaki alla fine della seconda guerra mondiale, solo cinque anni dopo la sua prima produzione, ha detto Amanda Simson, assistente professore di ingegneria chimica all’Università di New Haven.
Solo i fatti
Ecco le proprietà del plutonio, secondo il Los Alamos National Laboratory:
- Numero atomico: 94
- Simbolo atomico: Pu
- Peso atomico: 244
- Punto di fusione: 1.184 F (640 C)
- Punto di ebollizione: 5.842 F (3.228 C)
Scoperta & storia
Il plutonio fu scoperto nel 1941 dagli scienziati Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan e Arthur C. Wohl all’Università della California, Berkley. La scoperta avvenne quando il team bombardò l’uranio-238 con deuteroni che erano stati accelerati in un dispositivo ciclotrone, che creò nettunio-238 e due neutroni liberi. Il nettunio-238 è poi decaduto in plutonio-238 attraverso il decadimento beta.
Questo esperimento non fu condiviso con il resto della comunità scientifica fino al 1946, dopo la seconda guerra mondiale. Seaborg ha presentato un documento sulla loro scoperta alla rivista Physical Review nel marzo 1941, ma il documento è stato rimosso quando si è scoperto che un isotopo del plutonio, Pu-239, può essere utilizzato per creare una bomba atomica.
Presto, Seaborg fu mandato a dirigere il laboratorio di produzione di plutonio, noto anche come Met Lab, all’Università di Chicago, secondo il Los Alamos National Laboratory. Lo scopo del laboratorio era quello di creare plutonio come parte del Progetto Manhattan. Il Progetto Manhattan era un’impresa segreta durante la seconda guerra mondiale che lavorava esclusivamente per sviluppare una bomba atomica.
Il 18 agosto 1942, ebbero il loro primo grande successo. Furono in grado di creare una traccia di plutonio visibile all’occhio. Era pari solo a circa 1 microgrammo. Dal minuscolo campione, gli scienziati determinarono il peso atomico del plutonio.
Il Progetto Manhattan alla fine produsse abbastanza plutonio per il “Trinity Test”. Durante il test, la prima bomba atomica del mondo, o “The Gadget”, fu fatta esplodere vicino a Socorro, New Mexico, il 16 luglio 1945, dal direttore del Los Alamos Laboratory Robert Oppenheimer e dal generale dell’esercito Leslie Groves.
Del test, Oppenheimer disse: “Sapevamo che il mondo non sarebbe stato più lo stesso. Alcune persone hanno riso, alcune persone hanno pianto. La maggior parte della gente era in silenzio. Ho ricordato il verso della scrittura indù, la Bhagavad-Gita. Vishnu sta cercando di convincere il principe a fare il suo dovere e per impressionarlo assume la sua forma a più braccia e dice: “Ora sono diventato la Morte, il distruttore di mondi”. Suppongo che l’abbiamo pensato tutti, in un modo o nell’altro”, secondo la Royal Society of Chemistry.
L’esplosione aveva l’energia equivalente a circa 20.000 tonnellate di TNT. La prima bomba atomica per uso bellico fu sganciata su Hiroshima, Giappone, il 6 agosto 1945. Quella bomba atomica, soprannominata “Little Boy”, aveva però un nucleo di uranio. La seconda bomba, sganciata su Nagasaki, Giappone, il 9 agosto 1945, aveva un nucleo di plutonio. L'”uomo grasso”, come fu chiamato, affrettò la fine della seconda guerra mondiale.
Proprietà del plutonio
Il plutonio metallico appena preparato ha un colore brillante argenteo ma assume un grigio opaco, giallo o verde oliva quando ossidato in aria. Il metallo si dissolve rapidamente in acidi minerali concentrati. Un grande pezzo di plutonio è caldo al tocco a causa dell’energia sprigionata dal decadimento alfa; pezzi più grandi possono produrre abbastanza calore da far bollire l’acqua. A temperatura ambiente il plutonio in forma alfa (la forma più comune) è duro e fragile come la ghisa. Può essere legato con altri metalli per formare la forma delta stabilizzata a temperatura ambiente, che è morbida e duttile. A differenza della maggior parte dei metalli, il plutonio non è un buon conduttore di calore o elettricità. Ha un basso punto di fusione e un punto di ebollizione insolitamente alto.
Il plutonio può formare leghe e composti intermedi con la maggior parte degli altri metalli e composti con una varietà di altri elementi. Alcune leghe hanno capacità superconduttive ed altre sono usate per fare pellet di combustibile nucleare. I suoi composti si presentano in una varietà di colori, a seconda dello stato di ossidazione e della complessità dei vari ligandi. In soluzione acquosa ci sono cinque stati ionici di valenza.
Il plutonio, insieme a tutti gli altri elementi transuranici, è un pericolo radiologico e deve essere maneggiato con attrezzature e precauzioni speciali. Gli studi sugli animali hanno trovato che pochi milligrammi di plutonio per chilogrammo di tessuto sono letali.
Fonti
Il plutonio generalmente non si trova in natura. Tracce di plutonio si trovano in minerali di uranio presenti in natura. Qui, si forma in un modo simile al nettunio: per irradiazione di uranio naturale con neutroni seguita da decadimento beta.
Primariamente, tuttavia, il plutonio è un sottoprodotto dell’industria nucleare. Ogni anno vengono prodotte circa 20 tonnellate di plutonio, secondo il Los Alamos National Laboratory. Il combustibile nucleare esaurito può anche essere riprocessato per separare il plutonio utilizzabile da altri elementi nel combustibile.
I test sulle armi atmosferiche negli anni 50 e 60 hanno lasciato tonnellate di plutonio nell’atmosfera terrestre che è ancora lì oggi, secondo la World Nuclear Association.
Usi
Per la maggior parte, il plutonio non è usato per molto. Infatti, dei cinque isotopi comuni, solo due isotopi del plutonio, il plutonio-238 e il plutonio-239, sono usati per qualcosa.
Il plutonio-238 è usato per fare elettricità per le sonde spaziali usando generatori termoelettrici a radioisotopi. Questi generatori vengono accesi quando le sonde non possono ottenere abbastanza energia solare perché hanno viaggiato troppo lontano dal sole. Alcune sonde che usano il plutonio-238 sono Cassini e Galileo.
Quando è abbastanza concentrato, il plutonio-239 subisce una reazione a catena di fissione. Per questo, è usato nelle armi nucleari e in alcuni reattori nucleari.
In effetti, uno dei maggiori usi del plutonio è l’energia. Secondo la World Nuclear Association, più di un terzo dell’energia prodotta nella maggior parte delle centrali nucleari proviene dal plutonio. Il plutonio è il combustibile principale nei reattori a neutroni veloci.
Chi lo sapeva?
Per decenni, gli scienziati si sono chiesti perché il plutonio non si comportasse come altri metalli del suo gruppo. Per esempio, il plutonio è un povero conduttore di elettricità e non si attacca ai magneti. Ora i ricercatori hanno capito dove si è nascosto il suo “magnetismo mancante” e ha a che fare con il comportamento stravagante degli elettroni nel guscio esterno dell’elemento. A differenza di altri metalli, che hanno un numero fisso di elettroni nei loro gusci esterni, quando è allo stato di terra, il plutonio può avere quattro, cinque o sei elettroni.
Questo numero fluttuante di elettroni del guscio esterno spiega perché il plutonio non è magnetico: affinché un atomo possa interagire con i magneti, gli elettroni spaiati nel suo guscio esterno devono allinearsi in un campo magnetico.
L’isotopo più stabile del plutonio, il plutonio-244, può durare a lungo. Ha un’emivita di circa 82 milioni di anni e decade in uranio-240 attraverso il decadimento alfa, secondo il Jefferson Lab.
Il plutonio ha preso il nome dal pianeta Plutone. Questo perché venne dopo l’uranio, che prese il nome dal pianeta Urano, e il nettunio, che prese il nome dal pianeta Nettuno.
Il plutonio emette neutroni, particelle beta e raggi gamma.